TOPRAK ÖRNEKLERİNDE RADYOAKTİF KONTAMİNASYON KONUSUNDA YAPILAN VE YAPILMASI GEREKLİ
ARAŞTIRMALAR
Murat Belivermiş*, Önder Kılıç, Sayhan Topcuoğlu, Yavuz Çotuk, Gülşah Kalaycı, Didem Peştreli
•İstanbul,Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoloji B ö l ü m ü
Çernobil kazasını takip eden günlerde, birçok ülkenin toprakları gibi Ülkemizin toprakları da farklı oranlarda yaş veya kuru ya da her iki yolla çökelen radyonüklidlerle kontamine olmuştur. Topraktaki radyonüklid konsantrasyonlarına göre ülkelerin radyoaktiviteden etkilenme düzeylerini ortaya koyma ve radyasyon haritalarını oluşturma çalışmaları söz konusu olmuştur. Ülkemizin toprak örneklerinde çok sayıda radyoekolojik izleme çalışmaları yapılmıştır ama yeterli değildir. Genelde açık alanlarda ve işlenmemiş topraklarda yapılmış olan bu çalışmalarda, 0-5 cm ya da 0-5, 5-10, 10-20, 20-30 cm kesitlerini içeren örnekler kullanılmıştır. Önceki çalışmamızda, Trakya'da 73 ve Güney ve Doğu Marmara'da 100 istasyondan alınan toprak örneklerinde gama yayan radyonüklidlerin aktivite konsantrasyonları ölçülmüştür. Radyoekoloji laboratuarımız bu bulguları değerlendirerek halkımızın dış ışınlama nedenivle alması olası olan yıllık efektif gama radyasyon dozlarını da saptamıştır. Özellikle 37Cs radonüklidinin işlenmemiş topraklarda dikey dağılımı ile ilgili çalışmalar literatürde çok sayıda yapılmıştır. Ayrıca, bu radyonüklidin dikey hareketleri farklı toprak tiplerinde de araştırılmıştır. Ülkemizde ise,
137Cs'nin dikey hareketini saptamadaki bulgular yeterli değildir. Bu tebliğimizde, Doğu Karadeniz'de yaptığımız ve daha önce yayınlanan bir çalışmamızın bulgularını ortaya koyacağız. Radyosezyumun topraktan bitkiye transfer faktörlerini çeşitli bitkisel ürünlerde ve farklı toprak türlerinde saptamak, doz değerlendirme ve karşı tedbir alma çalışmalarının bir gereğidir. Daha önce yayınlanmış IAEA raporlarımızda, Doğu Karadeniz'de işlenmiş toprak örneklerinde (0-20 cm) 137Cs'nin bazı bitkilerdeki transfer faktörleri tayin edilmiştir. Ayrıca, IAEA'ya Akkuyu Nükleer Güç Santralı bölgesi için, bazı tarım ürünlerinde 13 Cs'nin transfer faktörlerini saptamak için yeni bir proje sunduk.
Anahtar kelimeler: Toprak, Cs-137, Doğal Radyonüklid, Dikeygöç, MarmaraBölgesi
X. Ulusal Nükleer Bilimler ve Teknolojileri Kongresi, 6-9 Ekim 2 0 0 9 , 1 8 7 - 1 9 4 M.Belivermiş
STUDIES AND FURTHER NEEDED INVESTIGATIONS ON RADIOACTIVE CONTAMINANTS IN SOIL SAMPLES
Following the Chernobyl nuclear reactor accident, the radionuclides were deposited on the marine and terrestrial environments of Turkey and other countries as wet and / or dry fallout. It is well known that, the soil is the main reservoir at the terrestrial environment.
The geographic distribution of the Chernobyl radionuclides per unit area is significantly different. Many countries have drawn radiation maps using the radionuclide data of the soil samples. The radioecological monitoring study in the soil samples are also investigated in the our country. However, the exist data is limited for whole region of Turkey. In general, the type study, that make, in uncultivated soil sample use of different soil layers (0-5, 5-10, 10-20, 20-30 cm). In our previous studies, the activity concentration of gamma emitting radionuclides were determined in soil samples (0-5 cm) from the Thrace (73 sites) and East and South Marmara (100 sites) regions. Moreover, the mean values of the annual effective dose equivalent were also calculated. In literature, numerous studies have been published
1 "Î7
concerning vertical migration of Cs in uncultivated soil samples use of different soil types. However, we have not enough data on this subject. On the other hand, we want to present a previously published data on the vertical distribution of 137Cs radionuclide in an uncultivated site in the eastern Black Sea region. It is well known that the determination of soil to plant transfer factors of radiocesium that take account all economically crops on the soil varieties is a need to support dose assessment or countermeasure studies. Previously published IAEA reports, we determined transfer factors for some crops of 137Cs radionuclides in cultivated soil samples (0-20 cm depth) in the eastern Black Sea region.
At the same time, we have given a new project to IAEA for the determination of transfer factor of radiocesium from soil to some crops for Akkuyu Nuclear Power Plant site.
Keywords: Soil, Cs-137, natural radionuclide, vertical migration, Marmara Region
1. GİRİŞ
Çernobil kazasından sonra toprak örneklerinde, özellikle başta Doğu Karadeniz ve Trakya bölgelerimizde yoğun çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların bazı bulgularım ve kaynaklarını T A E K tarafından çıkarılan raporlarda bulmak mümkündür [1-3]. Ancak, mevcut literatürde yayınlanmış veriler yeterli değildir. Toprak bulgularının esas alındığı
137Cs aktivitesinin dağılımını haritalayarak gösteren çalışmalar ise, sadece Doğu Karadeniz, Trakya ve Doğu-Güney Marmara bölgelerinde yapılmıştır [4-6]. Doğal radyonüklidlerin toprak örneklerindeki düzeylerini saptama ve dağılım haritalarını ortaya koyma da, önem taşıyan anlamlı bir konudur. Bu konudaki çalışmalar, Trakya ve Doğu- Güney Marmara için 173 istasyondan alınan örnekler kullanılarak yapılmıştır [5,6].
Bilindiği gibi, günümüzde insanların maruz kaldığı radyasyon dozunun %85'i doğal radyonüklidlerden ve %15'i de yapay radyonüklidlerden kaynaklanmaktadır [7], Unutulmaması gereken bir husus da, çevremizdeki doğal radyonüklid konsantrasyonlarının, başta fosil yakıtlar, fosfat endüstrisi ve yapay gübreler nedenleriyle sürekli artış göstermeleridir. Diğer taraftan, topraktaki radyonüklid ölçümlerinde, yani radyoekolojik izleme çalışmalarında, toprağın bazı önemli fiziksel ve kimyasal parametrelerini de saptamak anlamlılık içermektedir. Ayrıca, toprakta bulunan radyonüklidlere maruz kalarak dış ışınlanma yolu ile alınması olası olan yıllık efektif gama radyasyon dozlarının da saptanması gereklidir. Biz bu bağlamda yaptığımız ölçümlerde, Trakya ve Doğu-Güney Marmara bölgelerinde, bu tür doz değerlerini saptadık. TAEK'in 20. yılında Çernobil raporunda [3] ise, sadece topraktaki 137Cs için dış ışınlanmaya neden olan doz değerleri verilmiştir.
Literatürde, kazılmamış çeşitli toprak tiplerinde özellikle 137Cs radyonüklidinin dikey dağılımını inceleyen çalışmalar çok sayıda yapılmıştır [8,9]. Bu çalışmalarda genelde 20- 30 cm derinliğinde alınan toprak örnekleri 1 veya 2 cm kalınlığında kesitlerle ayrılarak sayıma alınmışlardır. Toprak tiplerinin I37Cs'nin dikey hareketine olan etkileri ortaya konmuştur. Elde edilen verilerden yararlanılarak 137Cs'nin dikey hareket hızını uzun süreçler için saptama modelleri de oluşturmuşlardır [10]. Ülkemizde ise, bu tür çalışmalar oldukça sınırlı yapılmıştır. Bu tür çalışmalara gereksinim vardır.
Tarım yapılan arazilerden ya da işlenmiş topraklardan alınan toprak örneklerinde (0-20 cm derinlikten) 1 3 7Cs radyonüklidinin konsantasyonunu, aynı toprak örneğinde yetişen üründe ölçülen 137Cs radyonüklidinin konsantasyonuna bölünerek elde edilen transfer faktörleri değerleri, halkın besin tüketimi ile alması olası olan doz değerlerinin saptanmasında anlamlılık içermektedir. Ayrıca, bu transfer faktörlerinden benzer bitkisel ürünler ve topraklar için dönüşüm faktörleri de oluşturulabilmektedir. Bu veriler, Çernobil'de olduğu gibi ileride de oluşabilecek olan yeni bir kontaminasyona karşı tedbirleri alma olasılığını bize verecektir.
X. Ulusal Nükleer Bilimler ve Teknolojileri Kongresi, 6-9 Ekim 2 0 0 9 , 1 8 7 - 1 9 4 M.Belivermiş
transfer faktörleri Çernobil kazası nedeniyle kontamine olmuş Rize topraklarında saptanmıştır.
Bölümümüz Radyoekoloji Laboratuarı tarafından IAEA'ya Akkuyu Bölgesi için yeni bir proje sunulmuştur. Bu proje kapsamında, bölgenin radyasyon haritası çıkarılacağı gibi
37Cs'nin dikey dağılımı da incelenecektir. Ayrıca, toprak örneklerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri de ortaya konacaktır. Diğer taraftan, bölgenin ekonomik değeri olan bitkisel ürünlerinde 137Cs'nin transfer faktörleri hem doğal ve hem de yapay deneysel çalışmalarla ortaya konacaktır. Bu tebliğde, tüm bu konularda yapılmış bulgular ortaya konulacağı gibi, yapılması planlanan çalışmalar ve yapılması gereken araştırmalar da tartışmaya açılmıştır.
2. DENEYSEL
Radyonüklid dağılımını saptamak için, seçilen istasyonlardan işlenmemiş toprak örneklerinin açıklık yerlerden alınması ve yaklaşık 3 kg olmasına önem gösterilmiştir.
Alınan toprak örneğinin kalınlığının saptanmış olması da gereklidir. Tüm örnekler oda sıcaklığında veya 40 °C de sabit kuruluğa kadar kurutulur. İçindeki bitki ve taş kalıntıları atılarak 2 mm çapındaki eleklerden geçirilerek homojen edilir. Her bir istasyondan alınan ve homojen edilen örneklerin en az üç noktadan alınması ve yüzey alanının ( İ m2 içinde) 10 x 10 cm2 olması tercih edilir. Radyonüklidin dikey dağılımını saptamada ise, 30 cm boyunda, yarıçapı belli (8-9 cm) temiz PVC borular kullanılarak toprak örnekleri alınır.
Dondurulduktan sonra 1 veya 2 cm'lik kesitler halinde kesilir. En az 5 örnekten alınan aynı kesit toprakları homojen edilir. Aktivite miktarına göre örnek sayısı artırılır. Transfer faktörlerini saptamak için, tarım arazisinden işlenmiş topraktan 20 cm derinliğinde çapı 20 cm olan PVC borularla en az üç örnek alınır ve yukarıda hazırlandığı şekilde sayıma alınır.
Aynı toprakta yetişen, ürünlerden de yaklaşık üçer kg'lık örnekler alınır iyice yıkandıktan sonra 85 °C de kurutulur. Toz haline getirilen örneklerin birim miktarındaki aktivite miktarı aynı ağırlıktaki toprak aktivitesine bölünerek, transfer faktörü bulunur.
134Cs ve 1 3 7Cs radyonüklidlerinin konsantrasyonları bir gama spektrometresi ile saptanmıştır. Özel sayım kapları içine alınan örnekler HPGe (yüksek saflıkta germanyum) dedektörü üzerine doğrudan yerleştirilerek sayılmıştır. Detektörün rezolüsyonu (FWHM)
60Co için 1332.5 keV' de 1.8 keV olarak saptanmıştır. Eneıji kalibrasyonu katı standart radyoaktif kaynakla yapılmıştır. İç referans standart kaynak da fiziksel dikey ve sayım geometrisi için kullanılmıştır. Yapılacak deneylerde de benzer uygulamalar yapılacaktır.
Akkuyu Bölgesinde yapılacak olan çalışmada ise, seçilecek olan bir deneysel alana, açılacak 20 cm'lik deney çukuru içine yaklaşık 2000 kg toprak örneği 134Cs radyonüklidi ile kontamine edildikten sonra transfer edilecektir. Üstü balık ağı ile kapalı olan bu alanda, bölgenin ekonomik değeri yüksek bitkileri yetiştirilecektir. Bu deneyde, bölgedeki tarımsal pratik uygulamalar takip edilecektir. Ayrıca deneyde kullanılan toprak örneğinin fiziksel ve kimyasal parametreleri de saptanacaktır.
198
3. DENEYSEL SONUÇLAR
Tablo 1. Trakya ve Doğu-Güney Marmara bulgularının istatistik özeti
Ortalama M e d i a n En düşük E n y ü k s e k sapma
Trakya
137Cs* 32.7 29.2 22.7 0.9 140.6
4 0K
509.0 160.1 481.5 234.3 1128.3
232Th 24.7 8.8 23.2 12.8 5 6 . 3
2 38 u
22.3 7.9 20.0 10.8 45.5
2 2 6Ra 32.1 12.4 28.3 8.6 68.4
p H 6.36 0.75 6.5 4.55 7 . 5 0
Organik m a d d e * * 10.4 5.0 9 4 26
D o ğ u - G ü n e y M a r m a r a
, 3 7Cs 27.5 21.8 22.2 0.9 153.7
4 0K
442.5 189.9 433.7 69.2 1085.6
2 3 2Th 26.6 15.9 23.3 4.6 88.9
2 3 8u 21.8 12.1 20.2 5.1 87.0
2 2 6Ra 22.5 13.3 20.4 4.2 87.7
p H 6.35 0.82 6.36 4.30 7 . 7 0
Organik m a d d e * * 5.6 3.4 4.9 0.3 15.8
* Radyonüklid değerleri Bq kg'1, ** Organik m a d d e miktarı % olarak verilmiştir.
Tablo 2. Pazar Tarım İl Müdürlüğü işlenmemiş toprak örneğinde radyonüklidlerin dikey dağılımı (Bq kg"1 kuru ağırlık)
Toprak kesiti
(cm) l 3 7Cs 232Th 40K
0-2 2 7 3 ± 26 24 ± 1 7 325 ± 1 3 5
2-4 2 6 3 ± 18 < M O A 229 ± 90
4 - 6 2 2 2 ± 27 < M O A 215 ± 8 1
6-8 2 6 6 ± 3 9 4 6 ± 2 1 264 ± 77
8 - 1 0 2 3 4 ± 34 51 ± 19 2 1 0 ± 6 0
10-12 126 ± 2 8 37 ± 17 187 ± 7 2
12-14 173 ± 2 5 2 6 ± 1 5 -
14-16 4 9 ± 10 4 0 ± 2 0 208 ± 8 1
M Ö A M i n u m u m ölçülebilen aktivite
4. TARTIŞMA VE YORUM
Trakya ve Doğu-Güney Marmara bölgelerinde 2001-2003 döneminde, 173 istasyondan
X. Ulusal Nükleer Bilimler ve Teknolojileri Kongresi, 6-9 Ekim 2 0 0 9 , 1 8 7 - 1 9 4 M.Belivermiş
doz değeri 57.2 |iSv bulunurken, bu değer Doğu-Güney Marmara için 54.9 [iSv olarak hesaplanmıştır. Bu tür çalışmaların Ülkemizin tüm bölgeleri için yapılmasında yararlar vardır.
2002 yılı Mayıs ayında Doğu Karadeniz Pazar Tarım İl Müdürlüğü bahçesinin işlenmemiş açık alandaki toprağından örnek alınmış ve 137Cs'nin dikey dağılımı araştırılmıştır [12].
Bulgular Tablo 2'de verilmiştir. Bu tablo incelendiğinde, 137Cs radyonüklidinin aradan geçen 15 seneye rağmen, yaklaşık % 75 oranında hala toprağın ilk 10 cm'lik derinliğinde bulunduğu görülmektedir. Ülkemizin çeşitli türlerdeki toprak örneklerinde, özellikle 137Cs radyonüklidinin dikey hareketi ile ilgili araştırmaların yapılmasına, aradan 23 sene geçmesine rağmen gereklilik vardır. Rize Hamidiye bölgesinden 2001 yılında aldığımız toprak örneğinde (0-20 cm) de ikişer cm'lik toprak kesitlerinde 0-2 cm derinlikteki 137Cs aktivitesi 988 ± 31 Bq kg"1 bulunurken bu miktar 16-18 cm'lik kesitte 23 ± 12 Bq kg"1
düzeyinde saptanmıştır (yayınlanmamış bulgu).
Doğu Karadeniz Bölgesi Rize ilinde topraktan çay yapraklarına 137Cs radyonüklidinin transferi hem yüksek aktivite içeren (1406 ± 12 Bq kg"1) hem de düşük aktivite içeren (19
± 5 Bq kg"1) toprak örneklerinde araştırılmıştır [11]. Yüksek oranda aktivite içeren toprakta yetiştirilen çay yapraklarının ilk sürgününde bulunan transfer faktörü 0.051, 2. sürgünde 0.087 ve 3. sürgünde ise 0.086 olarak bulunmuştur. Buna karşılık, düşük aktiviteli topraklarda yetişen çay yapraklarının 3. sürgünlerindeki transfer faktörleri 0.630 olarak saptanmıştır. Diğer taraftan, Çernobil kazası ile kontamine olmuş Rize bölgesi ürünlerinden greyfurt suyunda, mandalina meyvesinde, mandalina kabuğunda, kivi ve çilek örneklerinde bulunan 137Cs'nin transfer faktörleri, sırasıyla: 0.032, 0.035, 0.009, 0.026 ve 0.006 olarak saptanmıştır. Rize bölgesinde, 2001 ve 2002 yıllarında kara lahana bitkisinin yapraklarında saptadığımız transfer faktörü değerleri 0.356 ve 0.360 olarak saptanmıştır
[12]. Aynı çalışmada, 137Cs'nin transfer faktörü pazıda 0.146 olarak bulunmuştur. Bu bulgulardan yararlanılarak, bölge halkının kara lahana tüketimiyle 2002 yılında alması olası olan yıllık efektif doz değeri 755 nSv/kişi olarak saptanmıştır. Bu hesaplamada, topraktaki ortalama aktivite 135 Bq kq1 ve transfer faktörü de 0.360 olarak alınmıştır.
IAEA'nın desteklediği bu CRP projesine [12] çok sayıda ülkenin bilim insanı katılarak çeşitli toprak türlerinde, çeşitli referans bitkilerdeki transfer faktörlerini saptamışlar ve dönüşüm faktörleri de elde etmişlerdir [13].
2008 yılı başında marketlerden aldığımız 10 çeşit çay örneğinde 232Th, 238U, 40K ve 137Cs radyonüklidleri saptanmıştır [14]. Bu radyonüklid sırasına göre bulunan ortalama aktivite düzeyleri, 2.7 ± 1.0, 0.9 ± 0.4, 501 ± 42 ve 45.0 ± 2.6 Bq kg"1 dır. Günde 6 bardak çay içen bir kişinin 2008 yılında alması olası olan yıllık efektif doz ise, 385 nSv olarak saptanmıştır.
Çok iyi bilinmektedir ki, radyonüklidlerin besin yolu ile alınması tüm vücut yükü dozunun en önemli girdisidir. Bu nedenle, radyonüklid konsantrasyonlarının toprakta, bitkilerde saptanması ve transfer faktörlerinin bulunması, doz hesaplarında gereklidir. Bitkiler üzerinde yaş veya kuru olarak biriken, veya topraktan kökler vasıtasıyla alınan ya da kontamine olmuş sularla sulanması ile radyonüklidleri bitkiler bünyelerinde biriktirirler.
Bu radyonüklidler bitkilerden, fiziksel dikey ve biyolojik yarı-ömürlere bağlı olarak elimine oldukları gibi, hasatla ya da budama ile de uzaklaştırılmaktadır. Bu bağlamda, bir Nükleer Güç Santralı bölgesinde radyoekolojik monitoring ve biyokinetik çalışmaları yapmak özellikle radyoaktif deşarjlarda anlamlılık içerir. Bu kapsamda Radyoekoloji Laboratuarımızın IAEA'ya sunduğu projede, topraktan bitkiye olan sezyum radyonüklidinin transfer faktörlerinin bulunması ile dönüşüm faktörlerinin saptanması ve
doz hesaplamalarının yanında, bazı radyonüklidlerin dikey dağılımları da araştırılacaktır.
Eğer bu projemiz kabul edilirse, bölgede oluşabilecek bir kontaminasyona karşı senaryolar oluşturulacağı gibi, tüm verilerde bir data bankta toplanacaktır. Ayrıca, bu çalışma radyoekoloji alanında çok sayıda bilim insanı yetiştirilmesine de olanak sağlayacaktır.
5. KAYNAKLAR
[1] T A E K . , 1988, T ü r k i y e ' d e Çernobil Sonrası R a d y a s y o n ve Radyoaktivite Ölçümleri.
[2] T A E K . , 1993. T ü r k i y e ' d e Çernobil Sonrası R a d y a s y o n ve Radyoaktivite Ölçümleri (II).
[3] T A E K . , 2006. 20. Yılında Çernobil Kitap Serisi.
[4] Varinlioğlu, A., Köse, A. Deposition of the r a d i o c e s i u m in soil at the Black Sea coastal area in Turkey after the Chernoyl accident. I A E A - T E C D O C - 9 6 4 , 205-209, 1997.
[5] Belivermiş, M., Kılıç, Ö., Topcuoğlu, S., Çotuk, Y., Coşkun, M., Çayır, A., Küçer, R. Radioactivity concentrations in topsoil samples f r o m Thrace region of Turkey and assessment of radiological hazard, Radiation E f f e c t s and D e f e c t s in Solids, 163 (11), 9 0 3 - 9 1 3 , 2008.
[6] Kılıç, Ö., Belivermiş, M., Topcuoğlu, S., Çotuk, Y., Coşkun, M., Çayır, A., Küçer, R. Radioactivity concentrations and dose assessment in surface soil samples f r o m east and south of M a r m a r a region.
Turkey, Radiation Protection Dosimetry, 128 (3), 324-330, 2008.
[7] U N S C E A R (United Nations Scientific C o m m i t t e e on the E f f e c t s of Atomic Radiation). Sources and Biological Effects of Ionising Radiation, A n n e x B:Exposures F r o m Natural Radiation Sources. N e w York (2000).
[8] Barisic, D., Vertacnik, A., and Lulic, S. C a e s i u m contamination and vertical distribution in undisturbed soils in Croatia, Journal of Environmental Radioactivity, 46 (3): 3 6 1 - 3 7 4 , 1 9 9 9 .
[9] Blagoeva, R., Zikovsky, L., Geographic and vertical distribution of Cs-137 in soils in Canada, Journal of Environmental Radioactivity, 27 (3), 2 6 9 - 2 7 4 , 1 9 9 5 .
[10]Szerbin, P., Koblinger-Bokori, E., Koblinger, L., Vegvari, I. and Ugron, A. Ceasium-137 migration in Hungarian soils. Sci. Total Environ. 227: 2 1 5 - 2 2 7 , 1999.
[11] Topcuoğlu,S.Kut,D.,Esen,N.,Seddigh, E., Varinlipğlu, A., Köse,A., Kırbaşoğlu,Ç. Transfer of cesium- 137 f r o m soil to tea and t h y m e leaves. I A E A Project.: 7475/R2, S u m m a r y Report, 1997.
[12] Topcuoğlu,S.,Güngör,N.,Köse,A.,Kırbaşoğlu,Ç„Akkurt, İ. T h e classification of soil systems on the basis of transfer factors of radionuclides f r o m soil to reference plants. I A E A , C R P Project: 10572/RÖ, Final Report, 2003.
[13] Frissel, M . J. et al. Generic values for soil-to-plant transfer factors of radiocesium. J. Environ. Radioact.
58, 1 1 3 - 1 2 8 , 2002.
[14] Kılıç, Ö „ Belivermiş, M., Topçuoğlu, S., Çotuk, Y . 2 3 2Th, 2 3 8U, 4 0K, l 3 7Cs radioactivity
concentrations and 1 3 7Cs dose rate in Turkish market tea. Radiation effects and defects in solids. Vol.
164, N o . 2 , 1 3 8 - 1 4 3 , 2009.
